Диэлькометр

(19) (11) А 1) 601 И 2 ТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ ИЗОК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ(56) 1. Авторское свидетельство СССР9 662881, кл. 6 01 В 27/26, 1979.2. Подгорный Ю,В. и др. Методыи приборы для измерения влажностиминеральных удобрений на высокихчастотах. Обзор инф. Сер.Системыи средства .автоматизации химическойпромышленности, М., НИИТЭХИМ, 1979(54)(57) ДИЭЛЬКОМЕТР, содержащийвысокочастотный генератор с измерительным контуром, состоящим иэ параллельно соединенных катушки индуктивности и подстроечных варикапов,модулятор и амплитудный детектор,включенные параллельно измерительному контуру, первый переключатель,средний вывод которого соединен свыходом высокочастотного генератора,а два других вывода соответстзенносоединены с измерительными варикацами и емкостным датчиком, при. этомвыход амплитудного детектора черезключ соединен с входом блока памяти;с одним из входов блока вычитания,с одним из входов блока настройки,с входом первого блока деления, выъПча"Я ход блока настройки соединен со сред. ним выводом второго переключателя, один выход которого через первый запоминающий блок соединен с общим выводом подстроечных варикапов измерительного контура, другой выход через второй запоминающий блок соединен с общим выводом измерительных варикапов, а другой вход блока настройки соединен с управляющим выходом модулятора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения диэлектрических потерь контролируемого вещества, в него введены два сумматора, источник постоянного напряжения регулиуЯ руемый источник постоянного напряже- в ния, второй блок деления, причем адин ив входов первого сумматора соединен с выходом источника постоянного напрхиенин, другой вход аоединен с выходом второго .запоминающего блока, а выход первого сумматора соединен с одним из входов второго блока деления, другой вход последнего соединен с выходом регулируемого источника постоянного напряжения, а выход второго блока деления соединен с одним из входов второго сумматора, другой вход которого соединен с выходом первого блока деления, выход второго сумматора является выходом диэлькометра.15 нулевая отметка шкалы формируетсякак разность напряжений на контурес подключенными измерительными варикапами (0) и подключенным датчиком 20( О ), отнесенная к О. Если приэтом добротность измерительных ва-рикапов не равна добротности пустогодатчика, то в тракте передачи сигнала устанавливается коэффициент передачи КН таким образом, чтобы КОд=Ои выходной сигнал был равен нулю.После заполнения датчика исследуемымвеществом и настройки. измерительногоконтура с датчиком и беэ емкостьизмерительных варикапов увеличивается на столько, на сколько увеличиласьемкость датчика., при этом добротность варикапов падает, что приводит 35 к уменьшению напряжения Оо, занижению значения информативного параметраЦ-О/Ох и, следовательно, результата измерения проводимости.Цель изобретения - повышение точ ности измерения диэлектрических потерь в контролируемом веществе.Поставленная цель достигаетсятем, что в диэлькометр, содержащий .высокочастотный генератор с измери тельным контуром, состоящим из параллельно соединенных катушки индуктивности и подстроечных варикапов,модулятор и амплитудный детектор,включенные параллельно измерительному контуру, первый переключатель,средний вывод которого соединен свыходом высокочастотного генератора,,а два других вывода соответственносоединены с измерительными варикапами и емкостным датчиком, при этомвыход амплитудного детектора черезключ соединен с входом блока памяти,с одним иэ входов блока вычитания,с одним иэ входов, блока настройки,,с входом первого блока деления, вы ход блока настройки соединен со сред-.ним выводом второго переключателя,одын выход которого через первый запоминающий блок соединен с общимвыводом подстроечных варикапов измерительного контура, другой. выход 1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля диэлектрическихпараметров веществ в различном агрегатном состоянии.Известно устройство для измерениядиэлектрических параметров веществ,содержащее генератор высокой частоты, к контуру которого подключеныизмеритель проводимости, блок сравнения частот и через электрОнныйпереключатель образцовый конденсаторили измерительная ячейка, соединенная параллельно с динамическим конденсатором, управляемым приводнымблоком, первый блок памяти, связанный с измерителем проводимости, второй блок памяти, связанный с измерителем емкости, который, кроме того, связан с динамическим конденсатором 11 .Недостатком известного устройстваявляется низкая точность измерения, обусловленная динамическим методом измерения, из-за переходных процессов как .в генераторе, так и в измерителях активной проводимости и емкости. Кроме того, известное устройство имеет низкую точность при исследовании диэлектрических параметров веществ, обладающих большими потерями, из-за влияния активной проводимости контура на частоту генератора и, узкий диапазон измерения активной проводимости контура, так как увеличение проводимости образца, включенного в контур генератора, приводит,не только к увеличению погрешности измерения реактивной проводимости, но и к срыву генерации.Наиболее близким к предлагаемому является диэлькометр, который состоит из генератора высокочастотных колебаний; измерительного контура, в который постоянно .включены катушка индуктивности и подстроечные варика- пы; ключа, попеременно подключающего в измерительный контур измерительные варикапы или емкостной датчик; модулятора, управляющего модулирующим конденсатором в измерительном контуре; амплитудного детектора высокочастотных колебаний; блока памяти амплитуды высокочастотных колебаний на контуре нри отключенном датчике; ключа, соединяющего вход блока памяти с выходом амплитудного детектора при отключенном датчике; вычитателя; блока вычисления отношения двух напряжений; запоминающего устройства, управляющего емкостью подстроечных варилапов запоминающего устройства,/управляющего емкостью измерительных варикапов; блока настройки измерытельного контура в резонанс с частотой генератора, ключа, синхронно с переключением датчика подключаюцего к выходу блока настройки контурасоответствующее запоминающее устрой ство 2 .Недостатком известного диэлькометра является низкая точность иэ 5 мерения, обусловленная влиянием на добротность варикапа при высоких частотах объемного сопротивления полупроводникового материала варикапа. Добротность варикапа при высо 10 ких частотах может быть представлена выражением1где Ю - круговая(дтэс в частота; гэ, сз - объемное сопротивление и емкость варикапа. Так как отсчет проводимости исследуемого вещества осуществляется относительно пустого датчика, то ичерез второй запоминающий блок соединен с общим выводом измерительных варикапов, а другой вход блока наст- ройки соединен с управляющим выходоМ модулятора, введены два сумматора, источник постоянного напряжения, ре гулируемый источник постоянного на-, пряжения, второй блок деления, причем один иэ входов первого сумматора соединен с выходом источника постоянного напРяжения, другой вход соеди нен с выходом второго запоминающего блока, а выход первого сумматора соединен с одним иэ входов второго блока деления, другой вход последнего соединен с выходом регулируемого 15 источника постоянного напряжения, а выход второго блока деления соединен с одним из входов второго сумма-, тора, другой вход которого соединен- с выходом первого блока деМения, выход второгр сумматора является выходом диэлькометра.На чертеже представлена структурная схема диэлькометра.Диэлькометр содержит высокочастотный генератор 1, измерительный .контур, образованный катушкой 2 индуктивности и подстроечными варикапами 3, переключатель 4, поперемейно включающий в измерительный контур измерительные варикапы 5 или емкостный датчик б, модулятор 7, амплитуд;ный детектор 8, блок 9 памяти амплитуды сигнала на измерительном контуре при отключенном датчике, ключ 10, через который блок 9 памяти подклю чен к выходу амплитудного детектора 8, блок 11 вычитания, первый блок 12 деления, в котором один вход аоеди" нен с выходом блока 11 вычитания, а другой - с выходом амплитудного 40 детектора 8, запоминающий блок 13, управляющий емкостью подстроечных варикапов 3, запоминающий блок 14, управляющий емкостью измерительных, варикапов 5, переключатель 15, рабо-. 45 тающий синхронно с переключателем 4 и ключом 10, блок 16 настройки измерительного контура в резонанс с частотой генератора, первый сумматор 17, источник 18 постоянного напряжения, регулируемый источник 19 постоянного напряжения, второй блок 20 деления, второй сумматор 21.Первый вход первого сумматора 17. соединен с выводом управления емкостью измерительных варикапов 5, 55 второй вход сумматора 17 соединен с источником 18 постоянного напряже-. ния, выход сумматора 17 соединен с. одним иэ входов блока 20 деления., другой вход которого соединен с ре гулируемым источником 19 постоянно- го напряжения, а выход соединен с первым входом второго сумматора 21, ,в котором второй вход соединен с выходом первого блока 12 деления,а на выходе Формируется информативный сигнал результата измерения про-водимости, не содержащий аддитивнойпогрещности.Предлагаемый диэлькометр работаетследующим образом,Измерительный контур настраивается в резонанс с частотой высокочастотного генератора 1 подстроечнымиварикапами 3, когда емкостной датчик б подключен в контур, и измерительными варикапами 5, когда ем,костной датчик отключен. В диэлькометре модуляция емкости контура преобразуется в амплитудную модуляциювысокочастотного напряжения на контуре. Низкочастотная огибающая частоты модуляции выделяется амплитудным детектором 8 и поступает в блок.16 настройки измерительного контура,где осуществляется усиление и последующее синхронное детектированиесигнала. Постоянное напряжение отрицательной полярности с выхода блока16 настройки через переключатель 15и соответствующий запоминающий блок13 или 14 поступает в точку управления емкостью подстроечных или измерительных варикапов 3 и 5, изменяяих емкость, пока измерительный контур не настроится в резонанс. Приэтом емкость подстроечных и измерительных варикапов С определяетсяпоступающим в точку управления ихемкостью напряжением смещения Ос,цв соответствии с Функциональной зависимостьюСоС="см (1)кгде Со - значениеемкости С приСМПс - контактная разность потенциалов, зависящая от материалов р и д - областейдиода.Напряжение смещения запоминаетсяв запоминающем, блоке 13 после настройки контура подстроечными варикапами 3 и.в запоминающем блоке 14после настройки контура измерительными варикапами 5.При настройке контура измерительными варикапами 5 сигнал с измери-тельного контура через амплитудныйдетектор 8 и ключ 10 поступает наблок 9 памяти, где запоминается амплитудное значение сигнала на измерительном контуре Ор с отКлюченнымемкостным датчиком б. С выхода блока9 памяти сигнал цр поступает на одинвход блока 11 вычитания, на другойвход которого поступает выходнойсигнал с амплитудного детектора 8,соответствующий амплитудному значе,нию напряжения на измерительном контуреЦ- при подключенном емкостном датчике б; Ор - при отключенномемкостном датчике 6). На выходе блока 11 вычитания формируется раэностный сигналЬО= Ор- О , поступающий на один вход блока 12 деления, на другой вход делителя, в который поступает сигнал с амплитудного детектора 8 О (при подключенном емкостном датчике 6) или Ор (при отключенном емкостном датчике 6) . На выходе блока 12 деления формируется сигналдающий информацию об активио-цтОкной проводимости д с аддитивной погрешностью, обусловленной влиянием. объемного сопротивления варикапов тз:Оо.Ож Чйи татацгде д - собственная активная провоЧрдимость измерительного контура.В диэлькометре эта погрешность исключена иэ результата измерения следующим образом.Постоянное напряжение Ор отрицательной полярности с точки управления емкостью измерительных варикапов суммируется в первом сумматоре 17 с постоянным напряжением Ок и того же знака от источника 18 постоянного напряжения. Причем значение напряжения Осм связано с емкостью варикапов С функциональной зависи-. мостью 1, а значение напряжения О выбирается в зависимости от полупроводникового материала варикапов. Так, для германневых варикапов Ор 0,4 В, для кремниевых 0,8 В. Суммарный сигнал ОмО к подается на один вход блока 20 деления, на другой вход которого от регулируемого источника 19 постоянного напряжения подается сиГнал, напряжение которого О 1 устанавливается равным следующему значению:10,код ) вСрОк1 гаРегулировка значения Ой производится .по нулевым показаниям измеряемойпроводимости при пустом емкостномдатчике 6,На выходе блока 20 деления формируется сигнал,равйый частному отделения двух напряженийОЫ ГВС 6 )Сй 1 1 Е СОс1 г г гГ )ц Ок р Яр Осмфпоступающий напервый вход суммато-ра 21, на второй вход которого подается сигналЦ-О(Ос выхода блока12 деления. Суммарный сигнал на выходе сумматора 21 используется вкачестве информативного сигнала из-.меряемой проводимости и не содержитпогрешности .из-эа объемного сопроЗ 0 тивления варикапов 3, 5 подстроечныхи измерительныхОр-О ОФО Ос+ Ок 9 р